2022年高中物理交变电流知识点及练习.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点产生 : 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的瞬时值 : I= I msin t 峰值 :I m= nsB /R交描有效值 :IIm/2述周期和频率的关系:T=1/ f 图像:正弦曲线变应电感对交变电流的作用:通直流、阻沟通,通低频、阻高频电电容对交变电流的作用:通沟通、阻直流,通高频、阻低频流原理:电磁感应用变变压比: U 1/U 2=n1/n2 压只有一个副线圈:I 1/I 2=n2/n1 器变流比:有多个副线圈:I 1n1= I 2n2= I3n3= 电能的输送功率缺失:P 损(P)2UPR 线UR 线
2、电压缺失:U损远距离输电方式:高压输电1交变电流产生 一 、交变电流: 大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流,(e)所示电流都属于沟通,其中按正弦规律变化的沟通叫正弦沟通;如图(简称沟通; 如图 17-1所示(b)、(c)、b)所示;而( a)、 d 为直流其中iti bti1tiodtietooodoca(a)为恒定电流;图 17-1 图15(二)、正弦沟通的产生及变化规律;1、产生: 当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,化的;即正弦沟通;线圈中产生的沟通是随时间按正弦规律变2、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面;这一位置穿过线圈的磁通量最大,
3、但切 割边都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量变化率为零,线圈中无感应电动势;名师归纳总结 3、规律:从中性面开头计时,就e=NBS sin t ;用 m表示峰值NBS 就 e=msin t 在纯电阻电路中,第 1 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 电流 I=e名师总结优秀学问点m sin t=I msin t,电压 u=U msin t ;RR2、表征交变电流大小物理量1 瞬时值:对应某一时刻的沟通的值 用小写字母 x 表示, e i u 2 峰值:即最大的瞬时值;大写字母表示,U m m m m= nsB m= m/ R 留意:线
4、圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为 m=NBS ,即仅由匝数 N,线圈面积 S,磁感强度 B 和角速度 四个量打算;与轴的详细位置,线圈的外形及线圈是否闭合都是无关的;3 有效值:a、意义:描述沟通电做功或热效应的物理量b、定义:跟沟通热效应相等的恒定电流的值叫做沟通的有效值;c、正弦沟通的有效值与峰值之间的关系是 =m 2I=ImIU=Um;22留意: 正弦沟通的有效值和峰值之间具有 =m ,U= 2UmIm的关系, 非正弦 (或余弦) 沟通无此关系,22但可按有效值的定义进行推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和与其最大值相等的恒定电流是
5、相同的,因而其有效值即等于其最大值;即 I=I m;e、沟通用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;沟通电流表和沟通电压表的读数是有效值;对于沟通电如没有特殊说明的均指有效值;f 、在求沟通电的功、功率或电热时必需用沟通电的有效值;4峰值、有效值、平均值在应用上的区分;峰值是沟通变化中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义;如对含电容电路,在判定电容器是否会被击穿时,就需考虑沟通的峰值是否超过电容器的耐压值;沟通的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的沟通来说,其有效值是肯定的;而平均值是由公式nt确定的,其值大小由某段时间磁通量的变化量来打算,在不同的时间段里是不相同的;如对正弦
6、沟通,其正半周或负半周的平均电动势大小为n2Bs2nBs,而一周期内的平均电动势却为零;在运算沟通通过电阻产生的热功率时,只能用有效值,T2而不能用平均值;在运算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值;名师归纳总结 在实际应用中, 沟通电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,沟通电流表和沟通电压表指示的电第 2 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点流、电压也是有效值,解题中,如题示不加特殊说明,提到的电流、电压、电动势时,都是指有效值;5、表征交变电流变化快慢的物理量a、周期 T:电流完成一次周期性变化
7、所用的时间;单位:s . ttb、频率 f:一秒内完成周期性变化的次数;单位:Z.c、角频率 :就是线圈在匀强磁场中转动的角速度;单位:rad/s.mod、角速度、频率、周期,的关系 =2f=2T6、疑难辨析沟通电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比;当线圈在匀 a强磁场中匀速转动时,线圈磁通量也是按正弦(或余弦)规律变化的,如从中性面开mo始计时, t=0 时,磁通量最大, 应为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),t=T 时,磁通量为零,此刻变化率最大(切线斜率最大),因此从中性面开头计时,感应 4 b 图15 图 17-2 电动势的瞬时表达式是正弦函数,如上图17-2
8、所示分别是 =mcos t 和 e=msin t;3、变压器(1)变压器的构造:原线圈、副线圈、铁心(2)变压器的工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而发生的相互感应现象,叫做互感现象,互感现象是变压器工作的基础;(3)抱负变压器:磁通量全部集中在铁心内,变压器没有能量缺失,输入功率等于输出功率;(4)抱负变压器电压跟匝数的关系: U 1/U 2= n 1/n 2 说明:对抱负变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系,不仅适用于原、副圈只有一个的情形,而且适用于多个副线圈的情形;即有U1U2U3= ;这是由于抱负变压器的磁通量全部集中在铁心内;因此穿过每n3n 1n 2匝线圈的磁通量的变化率是相同
9、的,每匝线圈产生相同的电动势,因此每组线圈的电动势与匝数成正比;在线圈内阻不计的情形下,每组线圈两端的电压即等于电动势,故每组电压都与匝数成正比;(5)抱负变压器电流跟匝数的关系I 1/I2= n 2/n 1(适用于只有一个副线圈的变压器)说明:原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情形,一旦有多个副线圈时,反比关系即不适用了,可依据输入功率与输出功率相等的关系推导出:U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4+ 再依据U2=n2U1n 1U3=n3U1 U4=n4 U4 可得出:n 1n1第 3 页,共 19 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - -
10、- - - - - - - 名师总结 优秀学问点n1I 1=n2I 2+ n 3I 3+ n 4I 4+ (6)留意事项(1)当变压器原副线圈匝数比 n 1确定以后 ,其输出电压 U2是由输入电压 U1 打算的 即 U2= n 2U 1但如副线圈n 2 n 1上没有负载 , 副线圈电流为零输出功率为零 , 就输入 功率为零 ,原线圈电流也为零 ,只有副线圈接入肯定负载 ,有了肯定的电流 ,即有了肯定的输出功率,原线圈上才有了相应的电流(I1= n 2 I 2),同时有了相等的输入功率,(Pn 1入=P 出)所以说:变压器上的电压是由原线圈打算的,而电流和功率是由副线圈上的负载来打算的;4、电能
11、的输送1输送电能的过程 :输送电能的过程如下所示:发电站升压变压器高压输电线降压变压器用电单位;2. 高压输电的道理思路:输电导线(电阻)发热缺失电能减小缺失;输电要用导线,导线当然有电阻,假如导线很短,电阻很小可忽视,而远距离输电时,导线很长,电阻大不能忽视;电流通过很长的导线要发出大量的热,所以,输电时,必需设法减小导线发热缺失;由焦耳定律 Q=I 2Rt,减小发热 Q 有以下三种方法:一是减小输电时间 t,二是减小输电线电阻 R,三是减小输电电流 I;第一种方法等于停电,没有实际价值;其次种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难;适用的超导材料仍没有讨论出来;排除了前面两种方法,就
12、只能考虑第三种方法了;从焦耳定律公式 Q=I 2Rt 可以看出,第三种方法是很有效的:电流减小一半,缺失的电能就降为原先的四分之一;所以说要减小电能的缺失,必需减小输电电流;但从另一方面讲,输电就是要输送电能,输送的功率必需足够大,才有实际意义;依据公式 P=UI,要使输电电流I 减小,而输送功率P 不变(足够大),就必需提高输电电压U;所以说通过高压输电可以保证在输送功率不变,减小输电电流来减小输送电的电能缺失;3 变压器能把沟通电的电压上升(或降低)在发电站都要安装用来升压的变压器,实现高压输电;但是我们用户使用的是低压电,所以在用户邻近又要安装降压的变压器;一是为了安全,二是用电器只能用
13、低电压;例 1、沟通发电机在工作时产生的电压流表示式为uUmsint ,保持其他条件不变,使该线圈的转速和匝数同时增加一倍,就此时电压流的变化规律变为()B;sA 2 Umsin 2tB 4 Umsin 2tC 2 UmsintDUmsint解析:线圈的转速和匝数同时增加一倍,就Um 增加 4 倍,线圈的转速增加一倍,就 为原先的两倍;答案为点拨: 此题是一个基础题,考查的是对电压流表示式为uUmsint 的懂得,最好亲自动手推导公式,才有利于公式的记忆;iA例 2、如图 17-4 表示一沟通随时间变化的图像,求此沟通的有效值;2o1234t4名师归纳总结 图15 图 17-4 3第 4 页,
14、共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点解析:此题所给沟通正负半周的最大值不相同,很多同学对沟通电有效值的意义懂得不深,只知道机械地套用正弦沟通电的最大值是有效值的 2 倍的关系,直接得出有效值,而对此题由于正负半周最大值不同,就无从下手;应当留意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的,再依据有效值的定义,挑选一个周期的时间,利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同,从焦耳定律求得;I 2RT=I 1 2RT + I2 2RT2 2即 I 2= 2 21 +(4 2 12 2 2 2解得 I= 5 A 例 3、
15、如图 17-5 所示,在匀强磁场中有一个“ ” 形导线框可绕 AB轴转动,已知匀强磁场的磁感强度 B= 5 2 T,线框的 CD边长为 20cm、CE、DF 长均为 10cm,转速为 50r/s ,如从图示位置开头计时(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)如线框电阻 r=3 , 再将 AB两端接“6V,12W” 灯泡,小灯泡能否正常发光?如不能,小灯泡实际功率多大?解析:( 1)留意到图 17-5 示位置磁感线与线圈平面平行,瞬时值表达式应为余弦函数,先出最大值和角频率; =2 n=100 rad/s C D m=BS = 5 2 0.2 0.1 100 =10 2 V BA E F
16、 B所以电动势瞬时表达式应为 e=10 2 cos100 tV ;(2)小灯泡是纯电阻电路,其电阻为 R= up 额额 212 6 23 图15 图 17-5 4第一求出沟通电动势有效值 = m =10( V)此后即可看成2恒定电流电路,如图 15-5 所示,明显由于 R=r, u 灯 =5v ,小于额定电压,不能正常发光;其实际功率是22 2U 5 25p= =8.3w R 3 3点拨:此题是一个综合运算题,考查的是电动势的最大值和有效值之间关系,应当多加强这方面的练习,以熟识此运算公式;例 4、如图 17-7 所示 , 抱负变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈,匝数比为 nA:nB:nC=4
17、:2:1,A1AA2R在线圈 B 和 C的两端各接一个相同的电阻R,当线圈 A 与沟通电源连通时,沟通电流表BA2 的示数为 I 0,就沟通电表A 1 的读数为 _I 0 ;CR图16-1图 17-7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点解析:此题假如轻易用电流强度与匝数成反比的关系来解,即 I A n B 得出 IA =0.5I 0就错了;应当留意到变压器I B n A副线圈有多组, 电流反比关系不成立,但电压与匝数成正比的关系仍是成立的,应先依据这一关系求出 C 组线圈电压,再依据 R 相等的
18、条件求出 C 组电流,由 U C n C和 I c U c,得 IC=0.5I 0 . 此后利用关系式U B n B RnA IA=n BnB +n CnC 即4IA=2I 0+1 0.5I 0得 IA =0.625I 0 点拨:此题为一个简洁运算题;考查的是对变压器工作规律的一个懂得;例 5、将电阻 R1 和 R2 如下图 17-10 甲所示接在变压器上,变压器原线圈接在电压恒为 U 的沟通电源上,R1 和 R2上的电功率之比为 2: 1,如其它条件不变,只将 R1 和 R2 改成如图乙接法,R1 和 R2 上的功率之比为 1:8;如甲图中原线圈电流为 I1,乙图中原线圈电流为 I 2,求:
19、( 1)两组副线圈的匝数之比;(2)I1 和 I 2 之比;解析:( 1)甲图中 R1 和 R2 串联,电流相同,功率与电阻成正比,所以有 R1=2R 2 ( 1)设三组线圈的匝数分别是 n1 ,n2 ,n3,两组副线圈上的电压分别是 U 2 和 U 3,易得U2= n 2U U3= n 3U I 1 I2n 1 n 1 R1 R1U R2 U乙图中 R1 和 R2 上的功率之比为 1 : 8 R22 2n 2 U n 3 U 甲图 16-3 乙 n 1 n 1即 8 ( 2)R 1 R 2 图 17-10 联列( 1)式和( 2)式解得 n 2 = 1n 3 2(2)设甲图中输出功率为 P1
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- 2022 年高 物理 电流 知识点 练习
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